[发明专利]一种三维MIM电容器的制备方法有效

专利信息
申请号: 202010651339.3 申请日: 2020-07-08
公开(公告)号: CN111933622B 公开(公告)日: 2022-07-29
发明(设计)人: 邹思月;张继华;方针;高莉彬;陈宏伟;王文君;蔡星周;穆俊宏 申请(专利权)人: 电子科技大学;成都迈科科技有限公司
主分类号: H01L23/64 分类号: H01L23/64;H01L49/02
代理公司: 电子科技大学专利中心 51203 代理人: 吴姗霖
地址: 611731 四川省成*** 国省代码: 四川;51
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摘要:
搜索关键词: 一种 三维 mim 电容器 制备 方法
【说明书】:

一种三维MIM电容器的制备方法,属于电容器技术领域。该三维MIM电容器包括三维多孔金属底电极,以及形成于三维多孔金属底电极的孔隙和表面的全致密绝缘介层,形成于全致密绝缘介层之上的金属顶电极;其中,金属底电极中三维多孔的孔径范围为1μm~5μm。首先通过阳极氧化制备出多孔金属基底,然后通过高温氧化在金属基底表面制备得到绝缘介质层,最后通过磁控溅射在绝缘介质层表面制备顶电极。本发明方法简单,成本低廉,得到的多孔金属基底比表面积增大,有效的提升了MIM电容器的性能。

技术领域

本发明属于电容器技术领域,具体涉及一种三维MIM(金属-绝缘体-金属)电容器的制备方法。

背景技术

随着集成电路工艺的发展,集成电路不断提高。1959年,一块商用的硅片只包含一个电路,到1964年增加到十个电路,1970年又增加到大约一千个电路,再到如今上亿的晶体管装置,这其中无源元件(例如,电容器、电感、电阻、二极管)已成为制约电子产品发展的主要瓶颈,因此薄膜化、集成化是无源电子元件发展的必由之路。

电容器在集成电路中具有广泛的应用。过去,这些电容器装置使用多晶硅-绝缘层-多晶硅(PIP)结构或金属-氧化物-硅(MOS)衬底结构。然而,这两种结构都会产生寄生电容,非金属电极也会产生较大的耗散电阻。金属-绝缘体-金属(MIM)结构电容器使用金属作为两个电极,从而有效降低了电容器两极的寄生电容和接触电阻。因此,高导电、高电容密度的MIM电容器已成为替代传统集成电路电容器的新型电容器。

根据电容公式

可以看出,要得到大的MIM电容值,考虑到芯片集成度的问题,通过提高MIM单位面积的电容即电容密度来提高电容值。目前主要采用以下三种方式:第一,通过减小MIM电容器介质层厚度d实现;第二,选用高介电常数材料;第三,提高电容器比表面积A。但是,过去大多数研究是利用ALD(原子层沉积)技术通过选用高介电常数材料以及减小MIM电容器介质层厚度d实现,这种方式成本昂贵不能满足大规模的生产需求。

发明内容

本发明的目的在于,针对背景技术存在的缺陷,提出了一种简单低廉的三维MIM电容器的制备方法。本发明采用阳极氧化制备高比表面积的底电极,然后通过酸蚀去除表面不致密的氧化层,最后氧化、溅射制备出多孔金属底电极/全致密绝缘介层/固态顶电极的结构的三维MIM电容器。相比于现有技术,本发明方法可根据阳极氧化参数灵活设计多孔电容器的结构;环境友好且成本低廉,利于大规模的推广应用。

为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:

一种三维MIM电容器,其特征在于,包括三维多孔金属底电极,以及形成于三维多孔金属底电极的孔隙和表面的全致密绝缘介层,形成于全致密绝缘介层之上的金属顶电极;其中,金属底电极中三维多孔的孔径范围为1μm~5μm。

进一步地,所述三维多孔金属底电极为镍(Ni)、铝(Al)、铜(Cu)、钛(Ti)等,厚度为0.1mm~0.5mm。

进一步地,所述三维多孔金属底电极的孔为规则或不规则的孔,比如圆孔、方形孔等。

进一步地,所述全致密绝缘介层为氧化镍(NiO)、三氧化二铝(Al2O3)、二氧化钛(TiO2)、二氧化铪(HfO2)、二氧化锆(ZrO2)、五氧化二钽(Ta2O5)、五氧化二铌(Nb2O5)等。

进一步地,所述金属顶电极为铜(Cu)、铂(Pt)、钛(Ti)、银(Ag)等。

一种三维MIM电容器的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

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